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任何一家對制桶技術(shù)有執著(zhù)追求的制造企業(yè),都希望自己能在當代這個(gè)變革舞臺上走得更高、更遠。鋼桶作為制桶企業(yè)的產(chǎn)品,如何在這個(gè)變革中通過(guò)智能制造實(shí)現數字化、人員最少化和成本最優(yōu)化,是樹(shù)立在每一個(gè)制桶人面前的目標?,F如無(wú)錫四方、天津大田、中糧包裝、格瑞夫等這些代表性的現代化智能工廠(chǎng)已走在時(shí)代前面,提前布局了智能制造和面向未來(lái)的全數字化。為此,本文希望將制桶新形勢的一些想法與方向進(jìn)行分析,給改革中的企業(yè)提供一些助力。
智能制造成熟度
知根才能發(fā)展,只有制造自身實(shí)現了智造,才能更好地造出滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的智能終端產(chǎn)品,否則最終只會(huì )被市場(chǎng)淘汰。真正意義的智造不是僅指鋼桶產(chǎn)品上的各種科技技術(shù)應用、互聯(lián)網(wǎng)+或激光焊接,而應該是指企業(yè)內部制造的管理、模式、架構的智造??v觀(guān)國內不少的鋼桶企業(yè),很多企業(yè)才剛進(jìn)行全面自動(dòng)化升級變革,管理上仍然保持著(zhù)20世紀末的方式。線(xiàn)末裝桶勞動(dòng)力密集,生產(chǎn)、品質(zhì)都依靠人的經(jīng)驗與個(gè)人的評判基準,導致產(chǎn)品背后沒(méi)有生產(chǎn)數據可溯源。甚至為了減少品質(zhì)的波動(dòng),一直延續著(zhù)多工序生產(chǎn)和單零件大批量生產(chǎn)的粗放型排產(chǎn)。這樣一來(lái),成本居高和靈活性低下成為了制桶的通病,且產(chǎn)能提升時(shí)的投資往往也是巨大的。即便一些大型的企業(yè),雖然在管理上嚴格執行ISO,品質(zhì)上遵從較高的基準,但在管理上對大數據的不敏感,也往往會(huì )導致一些問(wèn)題的反復發(fā)生,如一些基礎品質(zhì)問(wèn)題,在每個(gè)鋼桶上重復發(fā)生而得不到遏制。而這些問(wèn)題的根源,就是缺少數據分析,無(wú)法縱觀(guān)一個(gè)產(chǎn)品的始終所導致。
鋼桶的生產(chǎn),在20 世紀就一直圍繞零件的成形,開(kāi)卷、落料、清洗、拆垛、成形、質(zhì)檢、裝箱、入庫、出荷等環(huán)節開(kāi)展自動(dòng)化變革。這些變革環(huán)節中,一直都是沿用成熟的生產(chǎn)技術(shù)與工藝,一些數字化新技術(shù)極少在制桶領(lǐng)域被應用。過(guò)往曾經(jīng)出現過(guò)的桶蓋自動(dòng)堆碼系統,受限于零件裝掛數量、后工序取用困難等問(wèn)題,也如曇花一現,并未能在行業(yè)中被廣泛認可和推廣。
作為一家對制桶技術(shù)有著(zhù)執著(zhù)追求的企業(yè),肯定不會(huì )在智能制造這個(gè)變革時(shí)代缺席。其中,格瑞夫算是在數字化技術(shù)上走得比較早的一部分制桶企業(yè)之一,相比其它企業(yè)全新建設的數字化工廠(chǎng)不同,格瑞夫沒(méi)有拋棄原有的生產(chǎn)基礎,而是在此基礎上不斷進(jìn)行效率的精益求精,走出了一條屬于自己的低投入變革之路。早在2010 年,格瑞夫就開(kāi)始導入桶蓋自動(dòng)堆碼、成品自動(dòng)裝車(chē),更是將此作為了后續所有鋼桶生產(chǎn)線(xiàn)的標準配套,實(shí)現了班組人員最小化;全程輸送鏈,最大程度上削減了車(chē)間面積和優(yōu)化了零件物流輸送;全模型化的伺服制造技術(shù),更是成功將一個(gè)桶型的工序數量縮減,,并將坯料利用率提升到行業(yè)的最高水平。另外,在其他新技術(shù)的研發(fā)中,格瑞夫也從未停步,在市場(chǎng)的激勵下,制桶車(chē)間涌現了很多的新技術(shù),如“質(zhì)量自動(dòng)檢測技術(shù)”、“智能輸送”、“ERP 系統”、“遠程維修”等,已如雨后春筍般在新興的制桶車(chē)間不斷涌現。作為鋼桶生產(chǎn)者,如何將這些眾多新技術(shù)串聯(lián)起來(lái),并成為一個(gè)數字化孿生車(chē)間,是決定未來(lái)大田包裝站位高低的一個(gè)重大推動(dòng)力。
規劃級是指能夠對核心業(yè)務(wù)活動(dòng),如設計、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)進(jìn)行流程化管理,讓整個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)不再是斷層,而是整個(gè)生命周期聯(lián)合在一起。這個(gè)環(huán)節需要對制造的基礎和條件進(jìn)行規劃,并實(shí)現一定的數字化,可以實(shí)現全流程的溯源。這一點(diǎn),企業(yè)在ISO認證時(shí)基本都已經(jīng)能做到。
規范級和集成級,就是企業(yè)采用自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)手段對核心裝備和核心業(yè)務(wù)活動(dòng)進(jìn)行改造和規范化,實(shí)現單一業(yè)務(wù)的活動(dòng)數據共享。然后對裝備、系統等開(kāi)展集成,實(shí)現跨業(yè)務(wù)活動(dòng)間的數據共享。對于這兩點(diǎn),格瑞夫從2008 年開(kāi)始就已規劃了未來(lái)自動(dòng)化制桶車(chē)間的藍圖,實(shí)現了從桶蓋的自動(dòng)堆碼到成品的自動(dòng)裝車(chē),從簡(jiǎn)單的庫存數據庫升級到輸送、定位、品質(zhì)一體化數據中心,實(shí)現每一個(gè)零件的生產(chǎn)軌跡登記和品質(zhì)溯源。同時(shí),還能關(guān)聯(lián)能耗數據、設備狀態(tài)等,對不太合理的數據進(jìn)行處理和生產(chǎn)優(yōu)化的提醒與建議。
優(yōu)化級,企業(yè)對人員、資源、制造等進(jìn)行數據挖掘,形成知識、模型等,實(shí)現對核心業(yè)務(wù)活動(dòng)的精準預測和優(yōu)化。這個(gè)階段是整個(gè)智能制造的核心,實(shí)現了數據的自動(dòng)采集,匯總了整個(gè)企業(yè)所有生產(chǎn)的數據,對于每一個(gè)趨勢發(fā)展、效率高低都能進(jìn)行預判與優(yōu)化,并自動(dòng)下發(fā)不同的工藝文件。未來(lái)所有的生產(chǎn)布局、流程都將要依賴(lài)這個(gè)模型進(jìn)行擴展,實(shí)現少人化和信息化。
最后的引領(lǐng)級則是一個(gè)終極的發(fā)展目標,基于上述搭建的模型,持續驅動(dòng)業(yè)務(wù)活動(dòng)的優(yōu)化和創(chuàng )新,實(shí)現產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同并衍生新的智造模式。也就是大家常說(shuō)的數字化孿生生產(chǎn)車(chē)間,可以基于數據的科學(xué)決策和動(dòng)態(tài)優(yōu)化,實(shí)現無(wú)人化智能制造,并主動(dòng)學(xué)習和自動(dòng)持續優(yōu)化能力,實(shí)現生產(chǎn)資源自組織、柔性化、個(gè)性化需求,且與安全一體化管理,為企業(yè)帶來(lái)持續客觀(guān)的經(jīng)濟效益。
為了更好地去推進(jìn)鋼桶的智能化制造,在整體布局時(shí),必須要充分考慮鋼桶的生產(chǎn)環(huán)境和制約因素。
大數據生產(chǎn)管理系統
在生產(chǎn)系統上,每個(gè)企業(yè)都有自己的生產(chǎn)管理思路,但并不是所有的管理思路都能成為數字化系統,并能覆蓋車(chē)間的所有領(lǐng)域,例如設備、工藝和品質(zhì)等。另外,鋼桶生產(chǎn)也不能粗狂地按計劃大批量地生產(chǎn),特別是品種多的企業(yè),會(huì )導致零件占據大量的存放空間,并有品質(zhì)隱患。很多企業(yè)雖然也有生產(chǎn)系統,但往往就是管控庫存與生產(chǎn)計劃,忽視了其他的影響因素,容易發(fā)生與計劃脫節、完成率不高等問(wèn)題。
對于常規的生產(chǎn)系統,可獲知的信息量少,更多還需要依靠班組自我調整,才能保障生產(chǎn)的順利。而最優(yōu)的做法,是根據現場(chǎng)的各種狀態(tài)去協(xié)調生產(chǎn)的變化,例如新產(chǎn)品的調試、設備的維修、后工序桶型、零件數量、安全庫存量等,甚至還需要結合坯料的生產(chǎn)運輸情況,將生產(chǎn)計劃從落料、生產(chǎn)到庫存,成為一個(gè)有機流程開(kāi)展統籌安排。
智能化方向:建立全面MES 生產(chǎn)管理系統,可監控制桶車(chē)間的每一個(gè)細節,足不出戶(hù)管控車(chē)間。
為了獲取更多、更全面的信息,智能化的生產(chǎn)系統必須要將信息量最大化,包含且不限于設備狀態(tài)、模具狀態(tài)、人員在崗信息、品質(zhì)狀態(tài)、能源變化等方面。因為任何一個(gè)節點(diǎn)出現異常,都會(huì )直接導致生產(chǎn)的不穩定。其中設備和模具的狀態(tài),是除庫存外的最重要的數據。
同時(shí),沖壓與其他車(chē)間存在最大的差異,首先,生產(chǎn)不能單純依靠拉動(dòng)性來(lái)進(jìn)行生產(chǎn),需要根據不同的桶型生產(chǎn)計劃、數量,結合現場(chǎng)的零件、坯料和庫存空間,在保證最低安全庫存的基礎下提前進(jìn)行排產(chǎn);其次,還需要考慮單批次的生產(chǎn)量與下一工序模具準備的工時(shí),調整每批次生產(chǎn)的零件數量,讓制桶生產(chǎn)線(xiàn)稼動(dòng)率最大化。綜上所有因素,鋼桶智能化生產(chǎn)模型必須要將上述所有的條件整合起來(lái)作為輸入量,方可輸出最合理、最優(yōu)化的生產(chǎn)計劃,并操控生產(chǎn)。因此,制桶的智能化必須有且只能有一個(gè)大腦來(lái)整合這些數據。這個(gè)大腦就是生產(chǎn)制造執行系統(MES)。
車(chē)間內布局“一個(gè)核心+多個(gè)輔助”,構成制桶車(chē)間信息化系統。在這個(gè)架構中,所有的信息全部匯總至MES 系統中進(jìn)行整理,通過(guò)內部的大數據模型,排列出最合理的生產(chǎn)計劃,交付生產(chǎn)線(xiàn)。但這僅僅是完成了“軟件”部分的內容,真正智能化的生產(chǎn)才剛剛啟動(dòng)。
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,MES 系統還需要不斷監控整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節,從坯料的入庫到AGV 上料,從設備的運轉到品質(zhì)的檢測,從零件的自動(dòng)裝掛到入庫,從焊裝崗位的投遞到空容器的重新入庫。這一切都需要精準的策劃與調控,任何一個(gè)數據出現異常都會(huì )導致生產(chǎn)的癱瘓或發(fā)生產(chǎn)品品質(zhì)的重大事故。這是一個(gè)復雜且又龐大的工程,現階段廣本處于在智能成熟的第三級,為第四級的蛻變積累著(zhù)數據的經(jīng)驗。
品質(zhì)提升
在傳統的品質(zhì)檢查中,都是通過(guò)人工對光進(jìn)行外觀(guān)品質(zhì)的確認,檢出率與檢查人的技術(shù)能力直接相關(guān)。無(wú)論是在線(xiàn)質(zhì)檢或檢具掃描,耗費時(shí)間長(cháng)且仍無(wú)法規避異常流出,特別在生產(chǎn)線(xiàn)的節拍不斷提升中,這個(gè)異常流出會(huì )不斷被放大。
智造技術(shù):在線(xiàn)自動(dòng)檢測,機器人藍光掃描。隨著(zhù)視覺(jué)系統的日趨成熟、圖像從2D 到3D,數據分析速度快速提升,自動(dòng)品質(zhì)檢測已經(jīng)從離線(xiàn)搬到了在線(xiàn)狀態(tài)。利用穿透性強、抗干擾能力強的短波長(cháng)藍光,進(jìn)行高精度的零件掃描,可以識別的品質(zhì)問(wèn)題,已經(jīng)從原來(lái)的單純開(kāi)裂,發(fā)展到了桶型外觀(guān)、工藝過(guò)程、尺寸精度確認等許多方面,可以實(shí)現多種不同的作業(yè)。導入該類(lèi)設備,可以大幅削減品控人員、品質(zhì)檢查的區域,甚至檢具等投入。同時(shí),對于高速伺服線(xiàn)的高生產(chǎn)節拍,還能有效削減不良品的產(chǎn)生數量,削減生產(chǎn)成本。
線(xiàn)末智能物流
早在2006 年,國內鋼桶行業(yè)就開(kāi)始進(jìn)入自動(dòng)化生產(chǎn)的時(shí)代。與此同時(shí),桶件碼垛的強度也隨著(zhù)生產(chǎn)速度的提升遇到了瓶頸,需要更多的員工去配合零件碼垛。隨著(zhù)生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)節拍普遍達到8只/分鐘 以上,輔助的人員需求也繼續增大,生產(chǎn)線(xiàn)面積需求也日益增大,如一些鋼桶生產(chǎn)企業(yè)線(xiàn)末鏈條設計長(cháng)度就達到了40 米,僅是為了滿(mǎn)足成品碼垛崗位的需求。特別是一些大型的企業(yè),生產(chǎn)時(shí)需要的裝車(chē)人員數量占到了整個(gè)班組人數的50%。而且人工裝車(chē)存在許多的問(wèn)題,如產(chǎn)品變形、觸摸污染等。在此背景下,適應性高的自動(dòng)裝箱系統再次成為了制桶行業(yè)的一個(gè)急需。
在2010 年,許多的廠(chǎng)家開(kāi)始考慮鋼桶自動(dòng)化裝車(chē)的課題研究。但是受到已有生產(chǎn)線(xiàn)的限制,僅能實(shí)現極少部分的產(chǎn)品自動(dòng)裝車(chē),畢竟一旦轉為自動(dòng)裝車(chē)后,裝車(chē)的數量將會(huì )大幅削減,且裝車(chē)的精度要求要比原來(lái)提升了數個(gè)等級,導致制造成本劇增。而格瑞夫在第一代的自動(dòng)裝車(chē)系統中,就通過(guò)視覺(jué)識別實(shí)現了鋼桶的自動(dòng)裝車(chē)。但由于受到人工生產(chǎn)物流的因素影響,經(jīng)常存在生產(chǎn)的停頓,如鋼桶精度差異、鋼桶運輸不及時(shí)等等,難以體現自動(dòng)裝車(chē)的優(yōu)勢。
智能化方向:建立臺車(chē)數據庫,零變化切換自動(dòng)裝車(chē);配合AGV 和智能立體倉庫搭建自動(dòng)庫存系統。
自動(dòng)裝車(chē)的設計,不能僅僅考慮裝車(chē)一個(gè)環(huán)節,更多要結合庫存開(kāi)展聯(lián)動(dòng),將叉運、庫存和出荷作為一個(gè)整體進(jìn)行規劃,才能最大程度節省空間與人員,同時(shí)實(shí)現自動(dòng)裝車(chē)的最大優(yōu)勢和弱化原來(lái)的弊端。特別是涉及不良品的混裝,更加是一大難題。一些企業(yè)曾采用人工剔除或不區分混裝的方式,以減少設備和物流的影響。但是這樣一來(lái),少人化仍難以達成,還會(huì )導致場(chǎng)地的布局混亂。對此,在MES 系統的配合下,同步導入線(xiàn)末自動(dòng)AGV 系統,將生產(chǎn)線(xiàn)原來(lái)人員最為密集的線(xiàn)末物流有機整合為一個(gè)自動(dòng)化智能整體,通過(guò)RFID 實(shí)現了不同產(chǎn)品、不同品質(zhì)種類(lèi)的有序排布。自動(dòng)裝車(chē)不再是獨立的系統,而是物流的一個(gè)有機組成,不但使效率大幅提升,還可以讓整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)入數字化時(shí)代。
首先,針對手動(dòng)裝桶臺車(chē)的精度不足這一個(gè)最大的困擾問(wèn)題,過(guò)往均是采用重新制作高精度的臺車(chē),但是造成生產(chǎn)成本的激增。為此可以結合MES 系統,通過(guò)離線(xiàn)對已有臺車(chē)的精度進(jìn)行精準測量,形成具體的數據庫資料,并寄存在服務(wù)器中;對臺車(chē)安裝二維碼/RFID 等身份識別信息,每次生產(chǎn)時(shí)自動(dòng)將裝車(chē)的位置作標與機器人作標結合,保證裝車(chē)的穩定性與品質(zhì)一致性。
然后,利用AGV 智能入庫小車(chē)或專(zhuān)用輸送鏈進(jìn)行零件的自動(dòng)入庫,即可保證先進(jìn)先出,又能全面掌控零件的實(shí)際數量,已達到最佳的生產(chǎn)模式。另一方面,立體庫的設置能最大化空間的利用,削減沖壓最大的零件面積占用。但作為配套,生產(chǎn)管理系統則需要在管理上增加更多的生產(chǎn)計劃、出入庫信息等的模塊用于支撐整體智能庫的運作。
結束語(yǔ)
工欲善其事,必先利其器。在數字化變革的浪潮里,制桶必須要懂得轉換思維,將制造升級為智造,才能讓生產(chǎn)效率、場(chǎng)地占用、人員數量達到最優(yōu)平衡,真正實(shí)現提產(chǎn)降本。
對于鋼桶行業(yè)的新形勢,特別是老企業(yè)的變化轉變,由于原來(lái)管理模式的差異,過(guò)程必然是會(huì )往個(gè)性化發(fā)展的。但對于已有的制桶車(chē)間,廢舊立新是必然之勢,且是一個(gè)長(cháng)期曲折的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程沒(méi)有一步到位的靈丹妙藥,也絕不會(huì )只有唯一的一條道路,因此,作為規劃者必須要考慮各種因素,站在高處俯視自身才可做出最好的選擇,讓企業(yè)立于時(shí)代的高位。
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